DE19540255A1 - Apparatus for film coating a substrate - Google Patents
Apparatus for film coating a substrateInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Be schichten eines Substrats, bestehend aus einer Wechselstromquelle, die mit zwei Magnete ein schließenden Kathoden verbunden ist, die elek trisch mit Targets zusammenwirken, die zerstäubt werden, wobei der eine Pol der Wechselstromquelle an die eine Kathode und der andere Pol an die an dere Kathode über Versorgungsleitungen angeschlos sen sind.The invention relates to a device for loading layers of a substrate consisting of a AC power source using two magnets closing cathodes is connected, the elek interact with targets that are atomized be the one pole of the AC power source to one cathode and the other pole to that their cathode connected via supply lines are.
Es ist bereits eine Zerstäubungseinrichtung zur Herstellung dünner Schichten bekannt (DD 2 52 205), bestehend aus einem Magnetsystem und mindestens zwei darüber angeordneten Elektroden aus dem zu zerstäubenden Material, wobei diese Elektroden elektrisch so gestaltet sind, daß sie wechselweise Kathode und Anode einer Gasentladung sind. Die Elektroden sind zu diesem Zwecke an eine sinus förmige Wechselspannung von vorzugsweise 50 Hz an geschlossen.It is already an atomizer Production of thin layers known (DD 2 52 205), consisting of a magnet system and at least two electrodes arranged above the to atomizing material, these electrodes are electrically designed so that they alternate Cathode and anode of a gas discharge. The For this purpose electrodes are connected to a sine shaped AC voltage of preferably 50 Hz closed.
Diese bekannte Zerstäubungseinrichtung soll beson ders für die Abscheidung dielektrischer Schichten durch reaktive Zerstäubung geeignet sein. Durch den Betrieb der Einrichtung mit etwa 50 Hz soll vermieden werden, daß es zur Flitterbildung an der Anode und im Falle von Metallbeschichtung zu elek trischen Kurzschlüssen (sogenannten Arcs) kommt.This known atomizing device is particularly intended for the deposition of dielectric layers be suitable by reactive atomization. By the operation of the device at about 50 Hz be avoided that there is a formation of tinsel on the Anode and in the case of metal coating too elec trical short circuits (so-called arcs).
Bei einer anderen bereits bekannten Vorrichtung zum Aufstäuben eines dünnen Films, bei der die Ge schwindigkeit des Niederbringens von Schichten un terschiedlicher Materialien regelbar ist (DE 39 12 572), um so zu extrem dünnen Schichtpa keten zu gelangen, sind mindestens zwei unter schiedliche Arten von kathodenseitig vorgesehenen Gegenelektroden angeordnet.In another already known device for dusting a thin film in which the Ge speed of bringing down layers and different materials can be regulated (DE 39 12 572), so that extremely thin layer pairs keten are at least two under different types of cathode side provided Counter electrodes arranged.
Weiterhin ist eine Anordnung zum Abscheiden einer Metallegierung mit Hilfe von HF-Kathodenzer stäubung bekannt (DE 35 41 621), bei der abwech selnd zwei Targets angesteuert werden, wobei die Targets die Metallkomponenten der abzuscheidenden Metallegierung jedoch mit unterschiedlichen Antei len enthalten. Die Substrate sind zu diesem Zweck auf einem Substratträger angeordnet, der von einer Antriebseinheit während des Zerstäubungsvorgangs in Rotation versetzt wird.Furthermore, an arrangement for separating a Metal alloy with the help of HF cathode zeros dusting known (DE 35 41 621), with the alternate selectively two targets are controlled, the Targets the metal components to be deposited However, metal alloy with different proportions len included. The substrates are for this purpose arranged on a substrate carrier by a Drive unit during the atomization process is set in rotation.
Durch eine vorveröffentlichte Druckschrift (DE 38 02 852) ist es außerdem bekannt, bei einer Einrichtung für die Beschichtung eines Substrats mit zwei Elektroden und wenigstens einem zu zer stäubenden Material das zu beschichtende Substrat zwischen den beiden Elektroden in einem räumlichen Abstand anzuordnen und die Wechselstrom-Halbwellen als niederfrequente Halbwellen mit im wesentlichen gleichen Amplituden zu wählen.Through a previously published publication (DE 38 02 852) it is also known for a Device for coating a substrate with two electrodes and at least one dusting material the substrate to be coated between the two electrodes in a spatial Arrange distance and the AC half-waves as low-frequency half-waves with essentially to choose the same amplitudes.
Weiterhin sind ein Verfahren und eine Vorrichtung beschrieben (DOS 41 06 770) zum reaktiven Be schichten eines Substrats mit einem elektrisch isolierenden Werkstoff, beispielsweise mit Silizi umdioxid (SiO₂), bestehend aus einer Wechselstrom quelle, die mit in einer Beschichtungskammer ange ordneten Magnete einschließende Kathoden verbunden ist, die mit Targets zusammenwirken, wobei zwei erdfreie Ausgänge der Wechselstromquelle mit je einer ein Target tragenden Kathode verbunden sind, wobei beide Kathoden in der Beschichtungskammer nebeneinanderliegend in einem Plasmaraum vorgese hen sind und zum gegenüberliegenden Substrat je weils etwa den gleichen räumlichen Abstand aufwei sen. Der Effektivwert der Entladespannung wird da bei von einer über eine Leitung an die Kathode an geschlossenen Spannungseffektivwerterfassung ge messen und als Gleichspannung einem Regler über eine Leitung zugeführt, der über ein Regelventil den Reaktivgasfluß vom Behälter in die Verteiler leitung so steuert, daß die gemessene Spannung mit einer Sollspannung übereinstimmt.Furthermore, a method and an apparatus described (DOS 41 06 770) for reactive loading layers of a substrate with an electrical insulating material, for example with silicon Dioxide (SiO₂) consisting of an alternating current source, which is included in a coating chamber arranged cathodes including magnets is that interact with targets, where two floating outputs of the alternating current source with each are connected to a cathode carrying a target, with both cathodes in the coating chamber juxtaposed in a plasma room hen and depending on the opposite substrate because it has about the same spatial distance sen. The rms value of the discharge voltage is there at from one via a line to the cathode closed voltage effective value acquisition ge measure and as a DC voltage over a controller a line fed through a control valve the reactive gas flow from the container to the manifold Line controls so that the measured voltage with of a target voltage.
Schließlich ist eine Vorrichtung zum Beschichten eines Substrats, insbesondere mit nichtleitenden Schichten von elektrisch leitfähigen Targets in reaktiver Atmosphäre bekannt (DE 42 04 999), be stehend aus einer Stromquelle, die mit in einer evakuierbaren Beschichtungskammer angeordneten, Magnete einschließenden Kathoden verbunden ist, die elektrisch mit den Targets zusammenwirken, wo bei zwei elektrisch voneinander und von der Sput terkammer getrennte Anoden angeordnet sind, die in einer Ebene zwischen den Kathoden und dem Substrat vorgesehen sind, wobei die beiden Ausgänge der Se kundärwicklung eines mit einem Mittelfrequenzgene rator verbundenen Transformators jeweils an eine Kathode über Versorgungsleitungen angeschlossen sind, wobei die erste und die zweite Versorgungs leitung über eine Zweigleitung untereinander ver bunden sind, in die ein Schwingkreis, vorzugsweise eine Spule und ein Kondensator, eingeschaltet sind, und wobei jede der beiden Versorgungsleitun gen jeweils sowohl über ein das Gleichspannungspo tential gegenüber Erde einstellendes erstes elek trisches Glied mit der Beschichtungskammer als auch über ein entsprechendes zweites elektrisches Glied mit der jeweiligen Anode und über jeweils eine Zweigleitung mit eingeschaltetem Kondensator mit der Beschichtungskammer verbunden ist und wo bei eine Drosselspule in den den Schwingkreis mit dem zweiten Sekundäranschluß verbindenen Abschnitt der ersten Versorgungsleitung eingeschaltet ist.Finally, there is a coating device a substrate, especially with non-conductive Layers of electrically conductive targets in reactive atmosphere known (DE 42 04 999), be standing from a power source with in a arranged evacuable coating chamber, Cathodes including magnets is connected that interact electrically with the targets where with two electrically from each other and from the sput Separate anodes are arranged in the chamber a plane between the cathodes and the substrate are provided, the two outputs of Se secondary development one with a medium frequency gene rator connected transformer to each Cathode connected via supply lines are, the first and the second supply ver via a branch line are bound, in which a resonant circuit, preferably a coil and a capacitor, turned on and each of the two supply lines gene both over a the DC voltage po first elec trical link with the coating chamber as also via a corresponding second electrical Link with the respective anode and over each a branch line with the capacitor switched on is connected to the coating chamber and where with a choke coil in the resonant circuit the section connecting the second secondary connection the first supply line is switched on.
Während die bekannten Vorrichtungen sich damit be fassen, das "Arcing", d. h. die Bildung unerwünsch ter Lichtbögen zu verhindern und die Oberfläche der Targets vor der Bildung isolierender Schichten zu bewahren, soll der Gegenstand der vorliegenden Erfindung nicht nur die Stabilität des Sputterpro zesses erhöhen, sondern auch geeignet sein, eine Sputteranlage nach dem Auspumpen möglichst rasch zu konditionieren, wozu die inneren Flächen der Kammern, Einbauten und Targets von der Wasserbe netzung zu befreien sind.While the known devices are so grasp the "arcing", d. H. the formation undesirable to prevent arcing and the surface of the targets before the formation of insulating layers to preserve, is the object of the present Invention not only the stability of the sputtering pro increase, but also be apt Sputter system as quickly as possible after pumping out to condition what the inner surfaces of the Chambers, internals and targets from the Wasserbe network must be freed.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufga be dadurch gelöst, daß der eine Pol der Wechsel stromquelle an die eine Kathode und der andere Pol an die andere Kathode über Versorgungsleitungen angeschlossen sind, wobei jede der beiden Kathoden in einem eigenen Abteil einer Vielzahl von benach barten, zusammen eine Vakuumkammer bildenden, über einen Durchgang miteinander verbundenen Abteilen vorgesehen ist, wobei die beiden die mit der Wech selstromquelle verbundenen Kathoden aufweisenden Abteile durch ein oder mehrere Abteile, die zumin dest teilweise mit je einer Sputterkathode ausge stattet sind, voneinander abgetrennt vorgesehen sind.According to the present invention, this task be solved in that the one pole of change power source to one cathode and the other pole to the other cathode via supply lines are connected, each of the two cathodes in a separate compartment of a variety of neighboring beard, together forming a vacuum chamber, over a passage interconnected compartments is provided, the two with the change Selstromquelle connected cathodes Compartments by one or more compartments that at least at least partially with a sputter cathode are provided separately from each other are.
Weitere Einzelheiten und Merkmale sind in den Pa tentansprüchen näher erläutert und gekennzeichnet.Further details and features can be found in Pa claims explained and characterized.
Die Erfindung läßt die verschiedensten Ausfüh rungsmöglichkeiten zu; eine davon ist in der an liegenden Zeichnung, die das Schema einer Flach glasbeschichtungs-Durchlaufanlage zeigt, darge stellt. The invention allows a wide variety of designs opportunities for; one of them is in the lying drawing, which is the scheme of a flat glass coating continuous system shows, darge poses.
Die Vorrichtung besteht aus einer Vakuum-Haupt kammer 3, die in eine Vielzahl von einzelnen Ab teilen 4 bis 12, 5′ bis 12′ aufgeteilt ist, wobei alle Abteile über einen zumindest abschnittsweise mit Hilfe von Rohren oder Schächten 26, 27, . . . ge bildeten Durchgang 32 untereinander in Verbindung stehen und das erste und das vorletzte der Abteile 1 bzw. 12 jeweils mit einer Kathode 30, 31 ausge stattet ist, wobei die beiden Kathoden 30, 31 über Versorgungsleitungen 13, 14 mit den Polen der Wech selstromquelle 15, beispielsweise einem Mittelfre quenz-Generator, verbunden sind. Das zweite, vier te, sechste usw. Abteil 5 bis 11 und 12′ ist je weils an eine eigene Vakuumpumpe 16, 17, 18 bzw. 39 bis 43 angeschlossen, wobei die Abteile 4 bis 12′ untereinander über Öffnungen 19, 20, . . . in den je weiligen Trennwänden 21, 22, . . . verbunden sind. Die Abteile 4, 5′ bis 10′, 12 sind an Gaszufuhr leitungen 23, 23′; 24, 24′; 25, 25′; . . . angeschlos sen, über die Prozeßgas in die einzelnen Abteile 4, 5′ bis 10′ und 12 eingelassen werden kann. Das Substrat 2 (z. B. die Flachglasscheibe) wird wäh rend des Beschichtungsvorgangs entlang dem Durch gang 32 durch die Rohre oder Schächte 26, 27, . . . transportiert und an den beiden Kathoden 30, 31 vorbei bewegt, wobei die einzelnen Abteilungen ei ne feinfühlige Einstellung der Sputterbedingungen für die beiden Kathoden 30, 31 gestatten.The device consists of a vacuum main chamber 3 , which is divided into a plurality of individual parts from 4 to 12 , 5 'to 12 ', with all compartments at least in sections using pipes or shafts 26 , 27,. . . ge formed passage 32 are connected and the first and the penultimate of the compartments 1 and 12 are each equipped with a cathode 30 , 31 , the two cathodes 30 , 31 via supply lines 13 , 14 with the poles of the alternating current source 15th , for example a Mittelfre frequency generator, are connected. The second, fourth, sixth, etc. compartment 5 to 11 and 12 'is each connected to its own vacuum pump 16 , 17 , 18 or 39 to 43 , the compartments 4 to 12 ' with each other via openings 19 , 20 ,. . . in the respective partitions 21 , 22 ,. . . are connected. The compartments 4 , 5 'to 10 ', 12 are on gas supply lines 23 , 23 '; 24 , 24 '; 25 , 25 '; . . . Connected sen, can be let in through the process gas in the individual compartments 4 , 5 'to 10 ' and 12 . The substrate 2 (z. B. the flat glass plate) is during the coating process along the passage 32 through the tubes or shafts 26 , 27 ,. . . transported and moved past the two cathodes 30 , 31 , the individual departments allowing ei ne sensitive adjustment of the sputtering conditions for the two cathodes 30 , 31 .
Die Kathoden 30, 31, die beide zusammen von einem Wechselstromgenerator 15 gespeist werden, sind in den Abteilen 4, 12 angeordnet, die jeweils über Öffnungen 19, 20, 44 mit den benachbarten Abteilen 5, 11 und 12′ verbunden sind, über die die Katho den-Abteile 4, 12 evakuiert werden. Die Gas-Einlässe 23, 23′ bzw. 25, 25′ versorgen die Ka thoden 30, 31 mit Prozeßgas, z. B. Argon.The cathodes 30 , 31 , both of which are fed together by an alternator 15 , are arranged in the compartments 4 , 12 , each of which is connected via openings 19 , 20 , 44 to the adjacent compartments 5 , 11 and 12 ', via which the Katho den compartments 4 , 12 are evacuated. The gas inlets 23 , 23 'and 25 , 25 ' supply the Ka methods 30 , 31 with process gas, for. B. Argon.
Die in den Abteilen 5′, 6′ bis 10′ angeordneten Kathoden 33 bis 38 sind mit in der Zeichnung nicht näher dargestellten Stromquellen verbunden und können sowohl mit Gleichstrom, als auch mit Wech selstrom, beispielsweise mit Mittelfrequenz, be triebene Sputterkathoden sein.The in the compartments 5 ', 6 ' to 10 'arranged cathodes 33 to 38 are connected to current sources not shown in the drawing and can be both with direct current and alternating current, for example with medium frequency, be sputtered cathodes.
Im dargestellten Falle handelt es sich um das Schema einer Flachglas-Beschichtungsanlage, bei der die Glasscheibe 2 von links kommend in Pfeil richtung A alle Stationen durchläuft bzw. alle Ab teile passiert und am rechten Ende des Durchgangs 32 in Pfeilrichtung A wieder austritt. Die Katho den 33 bis 38 dienen in diesem Falle ausschließ lich der Glasbeschichtung, während die mit Wech selstrom versorgten Kathoden 30 und 31 für die Konditionierung der Durchlaufanlage Sorge tragen und während des eigentlichen Beschichtungsvorgangs ausgeschaltete bleiben.In the illustrated case, it is a diagram of a flat glass coating system in which the glass pane 2 coming from the left in the direction of arrow A passes through all the stations or passes all parts and exits at the right end of the passage 32 in the direction of arrow A. The cathodes 33 to 38 are used in this case exclusively for the glass coating, while the alternating current supplied cathodes 30 and 31 take care of the conditioning of the continuous system and remain switched off during the actual coating process.
Glasbeschichtungsanlagen benötigen im allgemeinen etwa 8 bis 10 Stunden zur Konditionierung. Diese Zeit geht daher der Produktion verloren. Stan dard-Glimmeinrichtungen zur Verstärkung der Desorption haben sich nicht durchsetzen können, da sie in dem Raum, in dem während des Betriebes eine starke Verschmutzung eintritt, zusätzliche Elek troden benötigen. Diese erzeugen dann Flitter und andere Abplatzungen.Glass coating systems generally need about 8 to 10 hours for conditioning. This Time is therefore lost in production. Stan dard glow devices to reinforce the Desorption could not prevail because you in the room in which a heavy pollution occurs, additional elec need treading. These then generate tinsel and other flaking.
Vorteil der vorgeschlagenen Anordnung ist es, daß in den Räumen, in denen die Desorption verstärkt werden soll, keine zusätzlichen Einbauten erfor derlich sind. Hinzu kommt, daß das Plasma haupt sächlich im Bereich zwischen der Transporteinrich tung und dem Anlagenboden brennt, so daß auch die Bereiche erfaßt werden, die sich den normalen Rei nigungszyklen entziehen.The advantage of the proposed arrangement is that in the rooms where desorption increases no additional installations are required are such. In addition, the plasma at all mainly in the area between the transport equipment tion and the system floor burns, so that the Areas are covered, which are the normal Rei withdraw cleaning cycles.
Durch das intensive Magnetronplasma wird eine starke Desorption an allen inneren Oberflächen der Beschichtungsanlage bewirkt. Das Magnetronplasma hat eine um den Faktor 10 größere Ladungsträger dichte gegenüber den bekannten DC-Glimmreinigungs plasmen. Die für DC typische Einschnürung des Plasmas tritt bei der Mittelfrequenz nicht auf. Das Plasma erfüllt die ganze Kammer 3. In dieser Anordnung eine DC-Magnetronentladung zu zünden, ist technisch ohne weitere Hilfsmittel nicht mög lich. Die Mittelfrequenzentladung zündet demgegen über problemlos.The intense magnetron plasma causes strong desorption on all inner surfaces of the coating system. The magnetron plasma has a charge carrier density that is 10 times greater than that of the known DC glow cleaning plasmas. The constriction of the plasma typical for DC does not occur at the medium frequency. The plasma fills the entire chamber 3 . Igniting a DC magnetron discharge in this arrangement is technically not possible without further aids. In contrast, the medium frequency discharge ignites easily.
Bei der DC-Entladung treten weitere Probleme da durch auf, daß die Kathode eine Anode benötigt, so daß entweder eine zusätzliche Elektrode eingebaut werden muß, oder daß die Gettersputterstrecke nur einseitig in der Anlage angeordnet ist.There are other problems with DC discharge by on that the cathode needs an anode, so that either an additional electrode is installed must be, or that the getter sputter line only is arranged on one side in the system.
Die Zeichnung zeigt den typischen Aufbau einer Glasbeschichtungsanlage mit mehreren Kathoden, die jeweils in einem gesonderten Abteil angeordnet sind. Zu jeder Kathode gehört ein Gaseinlaß- und -verteilungssystem. Die Kathodenabteile werden durch die jeweils benachbarten Pumpabteile 5 bis 11, 12′ evakuiert. Die Zeichnung zeigt eine Vari ante, bei der die erste und die Letzte Kathode 30, 31 der Anlage für die Plasmaerzeugung an den Mittelfrequenzgenerator 15 angeschlossen sind. Da zu sind sie von den zugehörigen DC-Stromver sorgungen (nicht dargestellt) getrennt. Wird nun die Mittelfrequenzspannung an die Kathoden 30, 31 angelegt, so bildet sich ein Plasmaband durch die gesamte Anlage. Mit den Gaseinlässen der Kathoden, die sich zwischen den beiden mit Mittelfrequenz gespeisten Kathoden befinden, kann die Plasmain tensität in den Kammern variiert werden. Zum Kon ditionieren besputtern die Kathoden 30, 31 das Bo denteil des Kammer 3; es ist jedoch durchaus sinn voll, Substrate unterhalb der beiden Kathoden 30, 31 anzuordnen, die später entfernt werden, um eine unnötige Beschichtung dieses Bodenteils zu verhindern. Als Target für die Kathoden 30, 31 emp fiehlt sich ein Titan-Target.The drawing shows the typical structure of a glass coating system with several cathodes, which are each arranged in a separate compartment. Each cathode has a gas inlet and distribution system. The cathode compartments are evacuated by the adjacent pump compartments 5 to 11 , 12 '. The drawing shows a variant in which the first and the last cathode 30 , 31 of the system for plasma generation are connected to the medium frequency generator 15 . Since they are separated from the associated DC power supplies (not shown). If the medium frequency voltage is now applied to the cathodes 30 , 31 , a plasma band is formed through the entire system. With the gas inlets of the cathodes, which are located between the two cathodes fed with medium frequency, the plasma intensity in the chambers can be varied. For conditioning the cathodes 30 , 31 sputter the bottom part of the chamber 3 ; However, it makes sense to arrange substrates below the two cathodes 30 , 31 , which are later removed to prevent unnecessary coating of this base part. A titanium target is recommended as the target for the cathodes 30 , 31 .
BezugszeichenlisteReference list
2 Substrat, Glasscheibe
3 Vakuum-Hauptkammer
4, 4′ Abteilung
5, 5′ Abteilung
6, 6′ Abteilung
7, 7′ Abteilung
8, 8′ Abteilung
9, 9′ Abteilung
10, 10′ Abteilung
11, 11′ Abteilung
12, 12′ Abteilung
13 Versorgungsleitung
14 Versorgungsleitung
15 Wechselstromquelle
16 Vakuumpumpe
17 Vakuumpumpe
18 Vakuumpumpe
19 Öffnung
20 Öffnung
21 Trennwand
22 Trennwand
23, 23′ Gaszufuhrleitung
24, 24′ Gaszufuhrleitung
25, 25′ Gaszufuhrleitung
26 Rohrschacht
27 Rohrschacht
28 Trennwand
29 Trennwand
30 Kathode
31 Kathode
32 Durchgang
33 Kathode
34 Kathode
35 Kathode
36 Kathode
37 Kathode
38 Kathode
39 Vakuumpumpe
40 Vakuumpumpe
41 Vakuumpumpe
42 Vakuumpumpe
43 Vakuumpumpe
44 Öffnung 2 substrate, glass sheet
3 vacuum main chamber
4 , 4 ′ department
5 , 5 ′ department
6 , 6 ′ department
7 , 7 ′ department
8 , 8 ′ department
9 , 9 ′ department
10 , 10 ′ department
11 , 11 ′ department
12 , 12 ′ department
13 supply line
14 supply line
15 AC power source
16 vacuum pump
17 vacuum pump
18 vacuum pump
19 opening
20 opening
21 partition
22 partition
23 , 23 ' gas supply line
24 , 24 ' gas supply line
25 , 25 ′ gas supply line
26 pipe shaft
27 pipe shaft
28 partition
29 partition
30 cathode
31 cathode
32 round
33 cathode
34 cathode
35 cathode
36 cathode
37 cathode
38 cathode
39 vacuum pump
40 vacuum pump
41 vacuum pump
42 vacuum pump
43 vacuum pump
44 opening
Claims (4)
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